Vierbeinige Schwarmroboter

Das kollektive Verhalten von Ameisen, Honigbienen und Vögeln, Probleme zu lösen und Hindernisse zu überwinden, ist etwas, das Forscher in der Luft- und Unterwasserrobotik entwickelt haben. Die Entwicklung kleiner Schwarmroboter mit der Fähigkeit, komplexes Gelände zu durchqueren, ist jedoch mit einzigartigen Herausforderungen verbunden. Forscher haben mehrbeinige Roboter gebaut, die in der Lage sind, in schwierigen Umgebungen zu manövrieren und schwierige Aufgaben gemeinsam zu bewältigen, indem sie ihre Gegenstücke in der natürlichen Welt nachahmen.

Roboter mit Beinen können in schwierigen Umgebungen wie unwegsamem Gelände und engen Räumen navigieren, und die Verwendung von Gliedmaßen bietet eine effektive Körperunterstützung, ermöglicht eine schnelle Manövrierfähigkeit und erleichtert das Überqueren von Hindernissen. Roboter mit Beinen sind jedoch in terrestrischen Umgebungen mit einzigartigen Mobilitätsherausforderungen konfrontiert, was zu einer verringerten Bewegungsleistung führt.

Lesen Sie ein Q&A mit dem Forscher

In einem kurzen Q&A mit Tech Briefs erklärt Prof. Yasemin Ozkan-Aydin, was Swarms tun können, sobald die Funktionen erweitert sind.

Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass eine physische Verbindung zwischen einzelnen Robotern die Mobilität eines terrestrischen Kollektivsystems mit Beinen verbessern könnte. Einzelne Roboter führten einfache oder kleine Aufgaben aus, z. B. das Bewegen über eine glatte Oberfläche oder das Tragen eines leichten Objekts, aber wenn die Aufgabe die Fähigkeiten der einzelnen Einheit überstieg, wurden die Roboter physisch miteinander verbunden, um ein größeres mehrbeiniges System zu bilden und gemeinsam zu überwinden Probleme.

Mit einem 3D-Drucker baute das Team vierbeinige Roboter mit einer Länge von etwa 6 bis 8 Zoll. Jeder war mit einer Lithium-Polymer-Batterie, einem Mikrocontroller und drei Sensoren ausgestattet – einem Lichtsensor auf der Vorderseite und zwei magnetischen Berührungssensoren auf der Vorder- und Rückseite, die es den Robotern ermöglichten, sich miteinander zu verbinden. Vier flexible Beine reduzierten den Bedarf an zusätzlichen Sensoren und Teilen und gaben den Robotern ein Maß an mechanischer Intelligenz, das bei der Interaktion mit unebenem oder unebenem Gelände hilfreich war.

Nach dem Drucken jedes Roboters wurden sie gebaut und über Gras, Mulch, Blättern und Eicheln getestet. Auf Spanplatten wurden Flachbodenversuche durchgeführt und mit Isolierschaum Treppen gebaut. Die Roboter wurden auch über Hochflorteppichen getestet und rechteckige Holzblöcke wurden auf Spanplatten geklebt, um als unwegsames Gelände zu dienen. Wenn eine einzelne Einheit feststeckte, wurde ein Signal an zusätzliche Roboter gesendet, die sich miteinander verbanden, um Unterstützung bei der erfolgreichen Überwindung von Hindernissen zu leisten, während sie gemeinsam arbeiteten.

Die Arbeit wird das Design kostengünstiger bebeinter Schwärme beeinflussen, die sich an unvorhergesehene Situationen anpassen und reale kooperative Aufgaben wie Such- und Rettungsaktionen, kollektiven Objekttransport, Weltraumforschung und Umweltüberwachung ausführen können. Die Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der Steuerungs-, Sensor- und Leistungsfähigkeiten des Systems, die für die Fortbewegung und Problemlösung in der realen Welt unerlässlich sind.

Für funktionierende Schwarmsysteme muss die Batterietechnologie verbessert werden. Es werden kleine Batterien benötigt, die mehr Leistung liefern können und idealerweise mehr als 10 Stunden halten. Andernfalls ist die Verwendung dieser Art von System in der realen Welt nicht nachhaltig. Zusätzliche Einschränkungen umfassen die Notwendigkeit von mehr Sensoren und leistungsstärkeren Motoren, während die Größe der Roboter klein gehalten wird.